Molecular and Clinical Characteristics of Pituitary Adenoma Predisposition (PAP)

Pituitary adenomas are common benign neoplasms. Although most of them are sporadic, a minority occurs in familial settings. Heterozygous germline mutations in the aryl hydrocarbon receptor interacting protein (AIP) gene were found to underlie familial pituitary adenomas, a condition designated as pituitary adenoma predisposition (PAP). PAP confers incomplete penetrance of mostly growth hormone (GH) secreting adenomas in young patients, who often lack a family history of pituitary adenomas. This thesis work aimed to clarify the molecular and clinical characteristics of PAP. Applying the multiplex ligation-dependent probe amplification assay (MLPA), we found large genomic AIP deletions to account for a subset of PAP. Therefore, MLPA could be considered in PAP suspected patients with no AIP mutations found with conventional sequencing. We generated an Aip mouse model to examine pituitary tumorigenesis in vivo. The heterozygous Aip mutation conferred complete penetrance of pituitary adenomas that were mostly GH-secreting, rendering the phenotype of the Aip mouse similar to that of PAP patients. We suggest that AIP may function as a candidate gatekeeper gene in somatotrophs. To clarify molecular mechanisms of tumorigenesis, we elucidated the expression of AIP-related molecules in human and mouse pituitary tumors. The expression of aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator (ARNT) was reduced in mouse Aip-deficient adenomas, and similar ARNT reduction was also evident in human AIP mutation positive adenomas. This suggests that in addition to participating in the hypoxia pathway, estrogen receptor signaling and xenobiotic response pathways, ARNT may play a role in AIP-related tumorigenesis. We also studied the characteristics and the response to therapy of PAP patients and found them to have an aggressive disease phenotype with young age at onset. Therefore, improvement in treatment outcomes of PAP patients would require their efficient identification and earlier diagnosis of the pituitary adenomas. The possible role of the RET proto-oncogene in tumorigenesis of familial AIP mutation negative pituitary adenomas was evaluated, but none of the found RET germline variants were considered pathogenic. Surprisingly, RET immunohistochemistry suggested possible underexpression of RET in AIP mutation positive pituitary adenomas an observation that merits further investigation.

Aivolisäkkeen hyvänlaatuiset kasvaimet eli adenoomat ovat väestössä hyvin yleisiä kallonsisäisiä kasvaimia. Valtaosa niistä ilmaantuu sattumanvaraisesti, mutta pieni osa adenoomista esiintyy suvuttain. Äskettäin tunnistettiin pohjoissuomalaisissa suvuissa uusi ituradan geenivirhe, AIP-geenin mutaatio, joka aiheutti perinnöllistä alttiutta aivolisäkekasvaimiin (pituitary adenoma predisposition, PAP). Valtaosa PAP-potilaista on nuoria, ja heillä todetaan erityisesti kasvuhormonia erittäviä aivolisäkeadenoomia. Kuitenkaan kaikki AIP-mutaation perineet henkilöt eivät saa aivolisäkekasvainta, ja perinnöllisen kasvaintaipumuksen tunnistaminen voi tämän vuoksi olla vaikeaa. PAP-potilaiden parempi tunnistaminen voisi parantaa varhaisemman diagnostiikan kautta näiden potilaiden ennustetta. AIP-geenivirheeseen liittyvien molekyylitason mekanismien selvittäminen voisi myös selkeyttää näiden kasvainten syntyä sekä mahdollistaa uusien hoitomuotojen kehittämistä. Tässä väitöskirjatyössä selvitettiin PAP:n molekyylitason mekanismeja sekä kliinisiä piirteitä. Ensimmäistä kertaa todettiin, että PAP voi kehittyä ituradan laajojen AIP-geenin alueella tapahtuvien deleetioiden pohjalta. Tämä havainto antaa uuden tavan tunnistaa PAP-potilaita käyttäen deleetioita tunnistavaa MLPA-menetelmää. Luomassamme Aip-poistogeenisessä hiirimallissa kaikki Aip-heterotsygootit hiiret saivat 15kk ikään mennessä aivolisäkeadenooman. Nämä kasvaimet olivat valtaosin kasvuhormonia tuottavia, joten Aip-poistogeenisten hiirten ja PAP-potilaiden ilmiasu on hyvin samankaltainen. AIP-mutaation solutason mekanismien kartoituksessa todettiin AIP-proteiinin kanssa samassa solun signaaliketjussa olevan ARNT-proteiinin alentunut ilmentyminen AIP-mutatoituneissa ihmisen ja hiiren aivolisäkeadenoomissa. Tämä viittaa siihen, että ARNT voisi liittyä AIP-mutaatioiden aiheuttamaan kasvainten syntyyn. PAP-potilaiden kliinisiä piirteitä tutkittaessa havaittiin, että heidän aivolisäkeadenoomansa ilmenivät nuoremmalla iällä, olivat suurempia ja huonommin hoidolle reagoivia kuin kontrollipotilaiden kasvaimet. Tämä korostaa varhaisen diagnoosin ja tehokkaan hoidon tärkeyttä PAP-potilailla. RET-proto-onkogeenin ituratamutaatioiden ei voitu osoittaa liittyvän aivolisäkeadenooma-alttiuteen, mutta havaitsimme RET-ilmentymisen vähenemistä AIP-mutatoituneissa aivolisäkeadenoomissa.